基于靜載試驗(yàn)預(yù)制成品梁安全性能鑒定

林小雄 林 建

(1.廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣西南寧 530003 2.平樂縣交通運(yùn)輸局,廣西桂林 542401)

基于靜載試驗(yàn)預(yù)制成品梁安全性能鑒定

林小雄1林 建2

(1.廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣西南寧 530003 2.平樂縣交通運(yùn)輸局,廣西桂林 542401)

公路橋梁預(yù)制成品梁質(zhì)量通常通過檢測(cè)結(jié)構(gòu)鋼筋分布及保護(hù)層、混凝土強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)尺寸及外觀檢查等綜合評(píng)定,一般而言混凝土強(qiáng)度不滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求時(shí),即可鑒定成品梁不合格,目前混凝土強(qiáng)度通常采用回彈儀檢測(cè)，該方法存在15%左右的誤差，對(duì)混凝土強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)值5%的成品梁,若通過靜載試驗(yàn)進(jìn)一步確定其安全性能，具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,通過實(shí)例介紹了基于靜載試驗(yàn)鑒定成品梁安全性能試驗(yàn)鑒定方法，供工程技術(shù)人員參考借鑒。

預(yù)制成品梁；外觀檢測(cè),靜載試驗(yàn)；承載能力；安全性能鑒定

1 工程概況

某橋位于廣西來賓市境內(nèi),原舊橋?yàn)殡p曲拱橋,已經(jīng)建成通車多年,受當(dāng)時(shí)的條件限制,原橋的荷載等級(jí)較低,構(gòu)件的強(qiáng)度和尺寸也與現(xiàn)在的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相差較遠(yuǎn),存在較大的安全隱患。因此,為了滿足當(dāng)?shù)鼐用裆a(chǎn)運(yùn)輸和人員往來的需要,新建是十分必要的,新建橋梁汽車荷載為公路-Ⅱ級(jí),橋型為5～20 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支空心板橋，采用樁基礎(chǔ),橋型圖如圖1所示。

2 成品梁技術(shù)狀況調(diào)查

該橋的技術(shù)狀況委托具有相應(yīng)資質(zhì)的檢測(cè)單位檢測(cè),30片梁中結(jié)構(gòu)尺寸、混凝土保護(hù)層基本符合《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG F80/1-2004),表面無裂縫、空洞等外觀病害,但混凝土強(qiáng)度回彈結(jié)果表明該橋30片空心板中7片梁混凝土強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求(差值在5%之內(nèi)),鉆孔取橫隔板芯樣合格,為進(jìn)一步鑒定此7片梁的承載能力,經(jīng)各方共同協(xié)商,采用靜載試驗(yàn)對(duì)7片梁進(jìn)行安全性能鑒定。如何鑒定成品梁的承載能力,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此開展了大量研究工作,總結(jié)出可靠的測(cè)試方法,并取得一定的研究成果［1-10］。該7片梁的荷載試驗(yàn)在綜合參考這些方法和成果的基礎(chǔ)上完成。

3 試驗(yàn)方案

3.1 檢測(cè)項(xiàng)目

根據(jù)國(guó)家有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)要求,該次試驗(yàn)主要測(cè)試如下項(xiàng)目：

(1)試驗(yàn)前及試驗(yàn)中裂縫檢查及測(cè)試；(2)空心板跨中撓度測(cè)試；(3)空心板跨中應(yīng)力測(cè)試。

3.2 理論分析

根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)和橋梁相關(guān)資料,試驗(yàn)空心板幾何尺寸如下圖2所示。

根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》(JTG/T J21-2011)中的規(guī)定,靜載試驗(yàn)荷載一方面應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的安全性,另一方面又應(yīng)能充分體現(xiàn)結(jié)構(gòu)承載能力,一般：

式中：ηq——靜載試驗(yàn)荷載效率系數(shù)；

Sstat——試驗(yàn)荷載作用下,檢測(cè)部位最大變形或最不利內(nèi)力的計(jì)算值；

S——設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下,檢測(cè)部位最大變形或最不利內(nèi)力的計(jì)算值；

δ——設(shè)計(jì)取用的動(dòng)力系數(shù)。

經(jīng)過計(jì)算分析,選取試驗(yàn)梁的跨中最大正彎矩工況作為試驗(yàn)工況,試驗(yàn)工況下的控制截面彎矩計(jì)算結(jié)果及靜載試驗(yàn)效率系數(shù)ηq如表1所示。

3.3 試驗(yàn)荷載的確定

根據(jù)試驗(yàn)荷載與設(shè)計(jì)荷載彎矩效應(yīng)等效的原則,該次試驗(yàn)采用在跨中區(qū)域6 m范圍內(nèi)施加均布荷載的方式加載(砂礫堆載),如圖3所示,其中,試驗(yàn)荷載q為42.1 kN/m。在試驗(yàn)荷載作用下,理論計(jì)算值結(jié)果如表2所示。

3.4 測(cè)試點(diǎn)的布置

根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康囊?對(duì)于空心板應(yīng)變和撓度測(cè)試點(diǎn)的布置如圖4所示。

圖1 橋型圖(單位:cm)

圖2 空心板尺寸圖(單位:cm)

表1 靜載試驗(yàn)效率系數(shù)

圖3 加載示意圖(位單:m)

表2 理論計(jì)算值結(jié)果表

圖4 撓度、應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布置圖

3.5 加載分級(jí)與控制

(1)分級(jí)加載

為了獲得結(jié)構(gòu)試驗(yàn)荷載與變位關(guān)系曲線和防止結(jié)構(gòu)意外損壞,各控制截面內(nèi)力的加載應(yīng)分2級(jí)進(jìn)行,逐級(jí)施加。第一級(jí)加載：加載1#砂箱；第二級(jí)加載：加載2#砂箱。

(2)持荷時(shí)間

為了讓結(jié)構(gòu)充分變形,施加荷載后需持續(xù)一段時(shí)間才能進(jìn)行讀數(shù)。加載和卸載的持續(xù)時(shí)間以結(jié)構(gòu)的變形達(dá)到穩(wěn)定為原則,同時(shí)考慮溫度變化對(duì)試驗(yàn)造成的影響,一般不少于15 min。當(dāng)最后一級(jí)荷載加載完畢,讀數(shù)完成后,一次卸去所有試驗(yàn)荷載,讓結(jié)構(gòu)變形恢復(fù)約30 min,再讀一次數(shù)作為結(jié)構(gòu)的殘余變形值。

3.6 試驗(yàn)中止條件

(1)控制測(cè)點(diǎn)應(yīng)力已達(dá)到或超過用彈性理論按規(guī)范安全條件反算的控制應(yīng)力值時(shí)；

(2)控制測(cè)點(diǎn)變形或撓度已達(dá)到或超過用彈性理論按規(guī)范安全條件反算的撓度值時(shí)，或超過規(guī)范允許值；

(3)產(chǎn)生新裂縫或裂縫長(zhǎng)度、寬度、數(shù)量急劇擴(kuò)展；

(4)發(fā)生其他損壞,如預(yù)應(yīng)力筋崩斷、混凝土壓碎、支座損壞等影響梁體承載能力或正常使用時(shí)。

3.7 荷載試驗(yàn)結(jié)果

(1)撓度測(cè)試結(jié)果

試驗(yàn)空心板在各級(jí)荷載作用下,經(jīng)支點(diǎn)沉降修正后撓度測(cè)試結(jié)果見表3。

表3 試驗(yàn)梁撓度測(cè)試結(jié)果

(2)應(yīng)力測(cè)試結(jié)果

試驗(yàn)梁在各級(jí)荷載作用下,應(yīng)力測(cè)試結(jié)果見表4。

表4 試驗(yàn)梁應(yīng)力測(cè)試結(jié)果表

3.8 試驗(yàn)結(jié)果分析評(píng)定

依據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》(JTG/J21-2011),該橋靜載試驗(yàn)結(jié)果需滿足以下條件：

(1)裂縫要求：對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)不允許出現(xiàn)豎向裂縫。該橋在整個(gè)荷載試驗(yàn)過程中未見肉眼可見裂縫產(chǎn)生。

(2)預(yù)應(yīng)力混凝土規(guī)范允許應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)為：0.50～0.90。

表5 應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)一覽表

(3)量測(cè)的殘余應(yīng)力值(Sp)與量測(cè)的總應(yīng)力值(S)的比值滿足下面條件：Sp/S≤α1對(duì)于本橋,取α1=20%。本次試驗(yàn)實(shí)測(cè)殘余應(yīng)力值與總應(yīng)力值對(duì)比如表6所示。

表6 實(shí)測(cè)殘余應(yīng)力值與總應(yīng)力值對(duì)比表

(4)撓度校驗(yàn)系數(shù)即測(cè)量的彈性變形值Se與試驗(yàn)荷載作用下的理論值Sstat的比值,需滿足下式：β＜Se/Sstat＜α。

對(duì)于預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),取β=0.60,α= 1.00。

表7 撓度校驗(yàn)系數(shù)一覽表

(5)量測(cè)的殘余變形值(Sp)與量測(cè)的總變形值(S)的比值滿足下面條件：Sp/S≤α1對(duì)于該橋,取α1=20%。該次試驗(yàn)實(shí)測(cè)殘余變形值與總變形值對(duì)比如表8所示。

表8 實(shí)測(cè)殘余變形值與總變形值對(duì)比表

4 結(jié)語

依據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG F80/1-2004)、《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》(JTG/T21-2011)及其它規(guī)范,通過該橋外觀檢測(cè)及荷載試驗(yàn),結(jié)論如下：

(1)外觀檢測(cè)結(jié)果：試驗(yàn)梁外觀無明顯質(zhì)量缺陷；

(2)在整個(gè)荷載試驗(yàn)過程中試驗(yàn)未見新的裂縫產(chǎn)生及其它異常情況出現(xiàn)；

(3)試驗(yàn)梁在試驗(yàn)荷載作用下測(cè)試最大撓度值均小于理論最大值,撓度校驗(yàn)系數(shù)均滿足規(guī)范要求,卸載后,殘余變形滿足規(guī)范要求,梁體處于彈性工作狀態(tài)；

(4)試驗(yàn)梁在試驗(yàn)荷載作用下測(cè)試最大應(yīng)力值均小于理論最大值,應(yīng)力校驗(yàn)系數(shù)滿足規(guī)范要求,卸載后,殘余應(yīng)力滿足規(guī)范要求,梁體處于彈性工作狀態(tài)。

綜上所述，通常通過檢測(cè)結(jié)構(gòu)鋼筋分布及保護(hù)層、混凝土強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)尺寸及外觀檢查等可以評(píng)定成品梁質(zhì)量,但當(dāng)局部指標(biāo)不合格時(shí)，可通過按實(shí)際材料參數(shù)依據(jù)靜載試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步鑒定成品梁，從而避免誤判檢測(cè)結(jié)論。

［1］ JTG F80/1-2004,公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［2］ JTG/T J21-2011,公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程［S］.

［3］ JTG/T H21-2011,公路橋梁技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［4］ 李林軍,劉群.20 m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板靜載試驗(yàn)與分析［J］.鐵道建筑,2004,(7)：27-30.

［5］ 黃東彩.20 m預(yù)應(yīng)力空心板梁靜載試驗(yàn)與質(zhì)量評(píng)定［J］.福建建筑,2007,111(9)：41-42，47.

［6］ 何穎文. 30 m預(yù)應(yīng)力混凝土空心板靜載試驗(yàn)分析［J］.廣東土木與建筑,2011,(4)：62-64.

［7］ 張彥斌,張宏祥. 預(yù)應(yīng)力混凝土空心板單梁靜載試驗(yàn)分析［J］.低溫建筑技術(shù),2012,(3)：72-73.

［8］ 郭鋒鋼，田原. 預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁靜載試驗(yàn)方案比較分析［J］.城市道橋與防洪,2005,(2)：52-54.

［9］ 王光煜,王耀明.預(yù)應(yīng)力混凝土空心板靜載試驗(yàn)方法研究［J］.公路交通科技,2002,19(6)：70- 79.

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U446.3

B

1009-7716(2015)09-0113-04

2015-04-10

林小雄(1981-)，男,廣西桂林人， 工程師,主要從事大跨度橋梁設(shè)計(jì)理論與施工監(jiān)控研究。